DE102018214106A1 - Direct injection internal combustion engine with cylinder-associated injectors - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (6), bei der jeder Zylinder (6) zum direkten Einbringen von Kraftstoff in einen zylinderzugehörigen Brennraum (6a) mit einer Einspritzdüse (2) ausgestattet ist, die über einen beweglichen Verschlusskörper (7a) verfügt, der zwangsgesteuert im Rahmen einer Einspritzung mindestens zwei in einem Gehäuse (2a) der Einspritzdüse (2) vorgesehene brennraumseitige Düsenöffnungen (3a) zwecks Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum (6a) mit einem Kraftstoffversorgungssystem verbindet und damit freigibt, wobei der bewegliche Verschlusskörper (7a) in einer Ruheposition die mindestens zwei brennraumseitigen Düsenöffnungen (3a) vom Kraftstoffversorgungssystem trennt und damit versperrt und in einer Arbeitsposition die mindestens zwei brennraumseitigen Düsenöffnungen (3a) mit dem Kraftstoffversorgungssystem verbindet,dadurch gekennzeichnet, dass sich an jede brennraumseitige Düsenöffnung (3a) ein Kraftstoffkanal (4) anschließt, wobei- sich mindestens ein Kraftstoffkanal (4) stromaufwärts und beabstandet zu der zugehörigen brennraumseitigen Düsenöffnung (3a) in mindestens zwei armförmige Kanalzweige (4a, 4b) aufgabelt, und- jeder armförmige Kanalzweig (4a, 4b) unter Ausbildung einer verschlusskörperseitigen Düsenöffnung (3b) in ein Düseninneres (2c) mündet, wobei mindestens ein armförmiger Kanalzweig (4a, 4b) kein geradliniger Kanalzweig (4a, 4b) ist, der einen konstant großen Strömungsquerschnitt aufweist.The invention relates to a direct injection internal combustion engine having at least one cylinder (6), in which each cylinder (6) is equipped for the direct introduction of fuel into a cylinder-associated combustion chamber (6a) with an injection nozzle (2) which is moved by a movable closure body (7a). has forcibly controlled in the context of an injection at least two in a housing (2a) of the injection nozzle (2) provided combustion chamber side nozzle openings (3a) for introducing fuel into the combustion chamber (6a) connects to a fuel supply system and thus releases, wherein the movable closure body ( 7a) in a rest position, the at least two combustion chamber side nozzle openings (3a) separates from the fuel supply system and thus blocked and in a working position, the at least two combustion chamber side nozzle openings (3a) connects to the fuel supply system, characterized in that each combustion chamber side nozzle opening (3a) connecting a fuel channel (4), wherein at least one fuel channel (4) upstream and spaced from the associated combustion chamber side nozzle opening (3a) forked into at least two arm-shaped channel branches (4a, 4b), and each arm-shaped channel branch (4a, 4b) opens into a nozzle interior (2c) to form a closure body-side nozzle opening (3b), wherein at least one arm-shaped conduit branch (4a, 4b) is not a straight-line conduit branch (4a, 4b) having a constantly large flow cross-section.
Description
Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in einen zylinderzugehörigen Brennraum mit einer Einspritzdüse ausgestattet ist, die über einen beweglichen Verschlusskörper verfügt, der zwangsgesteuert im Rahmen einer Einspritzung mindestens zwei in einem Gehäuse der Einspritzdüse vorgesehene brennraumseitige Düsenöffnungen zwecks Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum mit einem Kraftstoffversorgungssystem verbindet und damit freigibt, wobei der bewegliche Verschlusskörper in einer Ruheposition die mindestens zwei brennraumseitigen Düsenöffnungen vom Kraftstoffversorgungssystem trennt und damit versperrt und in einer Arbeitsposition die mindestens zwei brennraumseitigen Düsenöffnungen mit dem Kraftstoffversorgungssystem verbindet.The invention relates to a direct injection internal combustion engine having at least one cylinder, wherein each cylinder is equipped for direct introduction of fuel into a cylinder-associated combustion chamber with an injection nozzle which has a movable closure body, the positively controlled in the context of injection at least two in a housing of the injection nozzle provided in the combustion chamber side nozzle openings for the purpose of introducing fuel into the combustion chamber with a fuel supply system connects and thus releases, the movable closure body in a rest position separates the at least two combustion chamber side nozzle openings from the fuel supply system and thus blocked and connects in a working position, the at least two combustion chamber side nozzle openings with the fuel supply system.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung betrifft der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d.h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine mindestens eine weitere Drehmoment-Quelle zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges umfassen, beispielsweise eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare bzw. antriebsverbundene Elektromaschine, welche anstelle der Brennkraftmaschine oder zusätzlich zur Brennkraftmaschine Leistung abgibt.An internal combustion engine of the type mentioned is used as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine relates to diesel engines and gasoline engines, but also to hybrid internal combustion engines, i. Internal combustion engines, which are operated with a hybrid combustion method, and hybrid drives, which comprise at least one further torque source for driving a motor vehicle in addition to the internal combustion engine, for example a drive-connected to the engine or drive connected electric machine, which instead of the internal combustion engine or in addition to Internal combustion engine gives off power.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren.In the development of internal combustion engines, efforts are constantly being made to minimize fuel consumption and reduce pollutant emissions.
Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch insbesondere bei Ottomotoren. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors, der mit einem homogenen Brennstoff-Luft-Gemisch betrieben wird, wobei die Einstellung der gewünschten Leistung durch Veränderung der Füllung des Brennraumes erfolgt, d.h. mittels Quantitätsregelung. Durch Verstellen einer im Ansaugtrakt vorgesehenen Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d.h. die Quantität eingestellt werden. Die Quantitätsregelung mittels Drosselklappe hat aber aufgrund der Drosselverluste im Teillastbereich thermodynamische Nachteile.The problem is the fuel consumption, especially in gasoline engines. The reason for this is the principle of operation of the traditional gasoline engine, which is operated with a homogeneous fuel-air mixture, wherein the adjustment of the desired performance by changing the filling of the combustion chamber takes place, i. by quantity regulation. By adjusting a throttle valve provided in the intake tract, the pressure of the intake air downstream of the throttle valve can be more or less reduced. With a constant combustion chamber volume, the air mass, i. E. the quantity will be set. However, the quantity control by means of throttle valve has thermodynamic disadvantages due to the throttle losses in the partial load range.
Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens besteht in der Entwicklung hybrider Brennverfahren und basiert auf der Übernahme technischer Merkmale des traditionellen dieselmotorischen Verfahrens, das charakterisiert ist durch eine Luftverdichtung, ein inhomogenes Gemisch, eine Selbstzündung und die Qualitätsregelung. Der geringe Kraftstoffverbrauch der Dieselmotoren resultiert unter anderem aus der Qualitätsregelung, bei der die Last über die eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert wird.One approach to dethrottling the Otto engine process is to develop hybrid combustion processes based on the adoption of technical features of the traditional diesel engine process, characterized by air compression, inhomogeneous mixing, auto-ignition and quality control. The low fuel consumption of the diesel engine results, among other things, from the quality control, in which the load is controlled by the injected fuel quantity.
Die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum des Zylinders wird als eine geeignete Maßnahme zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens angesehen, mit dem der Kraftstoffverbrauch auch bei Ottomotoren spürbar reduziert werden kann. In bestimmten Betriebsbereichen kommt dann eine Qualitätsregelung zum Einsatz.The injection of fuel directly into the combustion chamber of the cylinder is regarded as a suitable measure for dethrottling the Otto engine operating method, with which the fuel consumption can be significantly reduced even in gasoline engines. In certain operating areas, then a quality control is used.
Mit der direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum lässt sich insbesondere eine geschichtete Brennraumladung realisieren, die wesentlich zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens beitragen kann, da die Brennkraftmaschine mit Hilfe des Schichtladebetriebs sehr weit abgemagert werden kann, was insbesondere im Teillastbetrieb, d.h. im unteren und mittleren Lastbereich, wenn nur geringe Kraftstoffmengen einzuspritzen sind, thermodynamische Vorteile bietet.With the direct injection of the fuel into the combustion chamber can be realized in particular a stratified combustion chamber charge, which can contribute significantly to the dethrottling of the Otto engine operating method, since the internal combustion engine with the help of the stratified operation can be emaciated very far, which is particularly in part-load operation, i. In the lower and middle load range, when only small amounts of fuel are to be injected, it offers thermodynamic benefits.
Die Schichtladung ist durch eine sehr inhomogene Brennraumladung gekennzeichnet, welche nicht durch ein einheitliches Luftverhältnis charakterisierbar ist, sondern sowohl magere (λ > 1) Gemischteile als auch fette (λ < 1) Gemischteile aufweist, wobei im Bereich der Zündeinrichtung ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch mit vergleichsweise hoher Kraftstoffkonzentration vorliegt.The layer charge is characterized by a very inhomogeneous combustion chamber charge which can not be characterized by a uniform air ratio, but has both lean (λ> 1) mixture parts and rich (λ <1) mixture parts, wherein in the region of the ignition device an ignitable fuel air Mixture with comparatively high fuel concentration is present.
Die Inhomogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches ist auch ein Grund dafür, dass die vom dieselmotorischen Verfahren her bekannten Partikelemissionen beim direkteinspritzenden Ottomotor ebenfalls von Relevanz sind, wohingegen diese Emissionen beim traditionellen Ottomotor nahezu keine Bedeutung haben.The inhomogeneity of the fuel-air mixture is also a reason that the known from the diesel engine process particle emissions in direct-injection gasoline engine are also relevant, whereas these emissions have almost no significance in traditional gasoline engine.
Eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung.A direct injection internal combustion engine is also the subject of the present invention.
Für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Durchmischung von Luft und Kraftstoff und die Aufbereitung einschließlich der Verdampfung, sowie die Zündung des aufbereiteten Gemisches steht vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung.For the injection of the fuel, the mixture preparation in the combustion chamber, namely the mixing of air and fuel and the treatment including the evaporation, and the ignition of the treated mixture is comparatively little time available.
Da durch die Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum nur wenig Zeit zur Aufbereitung eines zünd- und brennfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches zur Verfügung steht, sind direkteinspritzende Brennkraftmaschinen wesentlich empfindlicher gegenüber Änderungen und Abweichungen bei der Gemischbildung, insbesondere bei der Einspritzung, als herkömmliche Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung.As a result of the direct injection of the fuel into the combustion chamber only a short time for reprocessing an ignitable and combustible fuel-air mixture is available direct injection internal combustion engines are much more sensitive to changes and deviations in the mixture formation, especially in the injection, as conventional internal combustion engines with intake manifold injection.
Grundsätzlich wird angestrebt, den im Rahmen einer Einspritzung in den Zylinder eingebrachten Kraftstoff in der zur Verfügung stehenden Zeit möglichst weiträumig und gleichmäßig im Brennraum zu verteilen und das Kraftstoff-Luft-Gemisch vor Initiierung der Zündung weitestgehend zu homogenisieren. Dies beeinflusst die Verbrennung und die Bildung der Schadstoffe in vorteilhafter Weise, insbesondere die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Ruß, und senkt darüber hinaus den Kraftstoffverbrauch.In principle, the aim is to distribute the fuel introduced into the cylinder within the scope of an injection as far as possible and evenly in the combustion chamber in the available time, and to homogenize the fuel-air mixture as far as possible before initiating the ignition. This advantageously affects the combustion and the formation of the pollutants, in particular the emissions of unburned hydrocarbons and soot, and also reduces fuel consumption.
Bei einem direkteinspritzenden Ottomotor wird die Gemischbildung zusätzlich dadurch erschwert, dass zur Einleitung der Fremdzündung eine Zündeinrichtung, beispielsweise eine Zündkerze, vorzusehen ist, und die Einspritzdüse auf die Zündeinrichtung abgestimmt im Brennraum anzuordnen ist. Aufgrund des sehr begrenzten Platzangebots wird die Einspritzdüse häufig außermittig, d.h. beabstandet zur Längsachse des Zylinders im Zylinderkopf angeordnet.In a direct injection gasoline engine, the mixture formation is further complicated by the fact that the initiation of the spark ignition an ignition device, such as a spark plug, is to be provided, and the injection nozzle is tuned to the ignition in the combustion chamber to arrange. Due to the very limited space available, the injector often becomes off-centered, i. spaced from the longitudinal axis of the cylinder arranged in the cylinder head.
Zur Verbesserung der Gemischbildung bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen sind weitere Maßnahmen erforderlich.To improve the mixture formation in direct-injection internal combustion engines further measures are required.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit der sich die Gemischbildung im Brennraum eines Zylinders verbessern lässt.Against the background of the above, it is the object of the present invention to provide a direct injection internal combustion engine according to the preamble of claim 1, with which the mixture formation in the combustion chamber of a cylinder can be improved.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, bei der jeder Zylinder zum direkten Einbringen von Kraftstoff in einen zylinderzugehörigen Brennraum mit einer Einspritzdüse ausgestattet ist, die über einen beweglichen Verschlusskörper verfügt, der zwangsgesteuert im Rahmen einer Einspritzung mindestens zwei in einem Gehäuse der Einspritzdüse vorgesehene brennraumseitige Düsenöffnungen zwecks Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum mit einem Kraftstoffversorgungssystem verbindet und damit freigibt, wobei der bewegliche Verschlusskörper in einer Ruheposition die mindestens zwei brennraumseitigen Düsenöffnungen vom Kraftstoffversorgungssystem trennt und damit versperrt und in einer Arbeitsposition die mindestens zwei brennraumseitigen Düsenöffnungen mit dem Kraftstoffversorgungssystem verbindet, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich an jede brennraumseitige Düsenöffnung ein Kraftstoffkanal anschließt, wobei
- - sich mindestens ein Kraftstoffkanal stromaufwärts und beabstandet zu der zugehörigen brennraumseitigen Düsenöffnung in mindestens zwei armförmige Kanalzweige aufgabelt, und
- - jeder armförmige Kanalzweig unter Ausbildung einer verschlusskörperseitigen Düsenöffnung in ein Düseninneres mündet, wobei mindestens ein armförmiger Kanalzweig kein geradliniger Kanalzweig ist, der einen konstant großen Strömungsquerschnitt aufweist.
- - At least one fuel passage upstream and spaced apart from the associated combustion-chamber-side nozzle opening aufgabelt in at least two arm-shaped channel branches, and
- - Each arm-shaped channel branch opens to form a closure body-side nozzle opening into a nozzle interior, wherein at least one arm-shaped channel branch is not a straight-line channel branch, which has a constantly large flow cross-section.
Bei einer zylinderzugehörigen Einspritzdüse der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine führen zwei oder mehrere armförmige Kanalzweige, die aus dem Düseninneren unter Verwendung eines Kraftstoffversorgungssystems mit Kraftstoff gespeist werden, zu einem gemeinsamen, d.h. einzelnen Kraftstoffkanal zusammen, wobei dieser Kraftstoffkanal brennraumseitig eine Düsenöffnung aufweist bzw. ausbildet, d.h. durch diese brennraumseitige Düsenöffnung in den Brennraum des zugehörigen Zylinders mündet.In a cylinder-associated injector of the internal combustion engine according to the invention, two or more arm-shaped duct branches, which are supplied with fuel from the nozzle interior using a fuel supply system, lead to a common, i. single fuel passage together, said fuel passage combustion chamber side has or forms a nozzle opening, i. through this combustion chamber side nozzle opening opens into the combustion chamber of the associated cylinder.
Diese gegenständliche Ausbildung des Kanalsystems bzw. eines Kanals der Einspritzdüse hat den technischen Effekt, dass - beim Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder - die in den armförmigen Kanalzweigen befindlichen Kraftstoffströmungen infolge des erfindungsgemäßen Zusammenführens der Kanalzweige kollidieren. Dadurch werden die einzelnen Kraftstoff Strömungen aufgebrochen und zu einem gewissen Grad mit Luft angereichert, d.h. zerstäubt.This objective design of the channel system or a channel of the injection nozzle has the technical effect that - when introducing fuel into the cylinder - the fuel flows located in the arm-shaped channel branches collide due to the merging of the channel branches according to the invention. As a result, the individual fuel flows are broken and enriched to some degree with air, i. atomized.
Somit erfolgt bereits eine Aufbereitung des Kraftstoffes bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemisches vor Eintritt in den Brennraum, nämlich schon in der Einspritzdüse bzw. der Düsenspitze und vor dem Einbringen in den Brennraum. Tritt der Kraftstoff dann via brennraumseitiger Düsenöffnung in den Brennraum ein, lässt sich in der ausgebildeten Kraftstoffwolke ein höherer Zerstäubungsgrad beobachten bzw. feststellen als im Stand der Technik, gemäß dem die Kollision von Einspritzstrahlen im Brennraum bekannt ist und genutzt wird.Thus, there is already a treatment of the fuel or the fuel-air mixture before entering the combustion chamber, namely already in the injection nozzle or the nozzle tip and before introduction into the combustion chamber. If the fuel then enters the combustion chamber via the nozzle opening on the combustion chamber side, a higher degree of atomization can be observed or detected in the formed fuel cloud than in the prior art according to which the collision of injection jets in the combustion chamber is known and used.
Die erfindungsgemäße Konzeption bzw. Ausgestaltung des Kanalsystems bzw. eines Kanals trägt auch dem Umstand Rechnung, dass für die Gemischaufbereitung, nämlich die Zerstäubung des Kraftstoffes, die Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches sowie die Aufbereitung einschließlich der Verdampfung, bei einer Direkteinspritzung nur wenig Zeit zur Verfügung steht.The inventive concept or design of the channel system or a channel also takes into account the fact that for the mixture preparation, namely the atomization of the fuel, the homogenization of the fuel-air mixture and the treatment including the evaporation, in a direct injection only little time is available.
Insofern erweist es sich als überaus vorteilhaft, dass die Gemischaufbereitung erfindungsgemäß zu einem gewissen Umfang aus dem Brennraum in die Einspritzdüse verlagert und damit zeitlich vorgezogen wird. Die physikalischen Zusammenhänge beim Aufbrechen der einzelnen Kraftstoffströmungen beruhen teils auf Kavitationseffekten und teils auf der Erhöhung des Grades an Turbulenzen in der Kraftstoffströmung.In this respect, it proves to be extremely advantageous that the mixture preparation Moved according to the invention to a certain extent from the combustion chamber into the injection nozzle and is thus brought forward in time. The physical relationships in the breakdown of the individual fuel flows are based partly on cavitation effects and partly on the increase of the degree of turbulence in the fuel flow.
Dadurch, dass erfindungsgemäß mindestens ein armförmiger Kanalzweig kein geradliniger Kanalzweig mit einem konstant großen Strömungsquerschnitt ist, sondern bogenförmig verläuft bzw. seine Gestalt in der Weise ändert, dass der bereitgestellte Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung, d.h. in Richtung des zugehörigen Kraftstoffkanals, variiert, wird die Aufbereitung des Kraftstoffes bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemisches vor Eintritt in den Brennraum weiter forciert bzw. verstärkt.The fact that, according to the invention, at least one arm-shaped channel branch is not a straight-line channel branch with a constantly large flow cross-section, but extends arcuately or changes its shape in such a way that the provided flow cross-section in the flow direction, i. varies in the direction of the associated fuel channel, the treatment of the fuel or the fuel-air mixture before entering the combustion chamber is further forced or amplified.
Die Druckverhältnisse und die Strömungsgeschwindigkeiten variieren nämlich in dem mindestens einen armförmigen Kanalzweig, wodurch die Kraftstoffströmung stärker aufgebrochen und mit Luft angereichert, d.h. zerstäubt wird. Gegebenenfalls stellen sich Kavitationseffekte ein, wodurch die Gemischaufbereitung und damit die Gemischaufbildung weiter verbessert wird.Namely, the pressure ratios and the flow velocities vary in the at least one arm-shaped channel branch, whereby the fuel flow is more disrupted and enriched with air, i. is atomized. If necessary, cavitation effects occur, as a result of which the mixture preparation and thus the mixture formation are further improved.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst, nämlich eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, mit der sich die Gemischbildung im Brennraum eines Zylinders verbessern lässt.With the internal combustion engine according to the invention, the object underlying the invention is achieved, namely a direct-injection internal combustion engine provided according to the preamble of claim 1, with which the mixture formation in the combustion chamber of a cylinder can be improved.
Das Kraftstoffversorgungssystem kann eine Pumpe, ein Vorratsbehältnis, d.h. einen Kraftstoffspeicher, und/oder eine Kraftstoffleitung, beispielsweise die gemeinsame Versorgungsleitung eines Common-Rail-Systems, umfassen. Dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf das Trennen vom Kraftstoffversorgungssystem abgestellt wird, ist dadurch begründet, dass zum Beenden des Einspritzvorganges die Öffnungen regelmäßig nicht im eigentlichen Sinne geschlossen, sondern häufig nur von der Kraftstoffversorgung getrennt werden.The fuel supply system may include a pump, a storage container, i. a fuel storage, and / or a fuel line, for example, the common supply line of a common rail system include. That is based in the context of the present invention on the separation of the fuel supply system, is justified by the fact that to complete the injection process, the openings are not closed regularly in the strict sense, but often only separated from the fuel supply.
Der Verschlusskörper, beispielsweise die kugelförmige Spitze einer Düsennadel, kann elektromagnetisch, piezoelektrisch oder auf andere Weise betätigt, d.h. bewegt und von einer Position in eine andere Position überführt werden, wobei der Verschlusskörper regelmäßig mehrere Arbeitspositionen einnehmen kann. Dabei muss der Verschlusskörper nicht zwangsläufig translatorisch verschoben werden. Ein andersartiger, beispielsweise nicht geradliniger Verschiebeweg des Verschlusskörpers ist im Einzelfall möglich.The closure body, for example the spherical tip of a nozzle needle, may be actuated electromagnetically, piezoelectrically or otherwise, i. moved and transferred from one position to another position, the closure body can take several working positions regularly. The closure body does not necessarily have to be translationally displaced. A different, for example non-linear displacement of the closure body is possible in individual cases.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sich die mindestens zwei armförmigen Kanalzweige stromaufwärts weiter verästeln.Embodiments of the internal combustion engine in which the at least two arm-shaped channel branches branch further upstream are advantageous.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sich mindestens ein armförmiger Kanalzweig stromaufwärts weiter verästelt.Embodiments of the internal combustion engine in which at least one arm-shaped channel branch further branches upstream are also advantageous.
Vorteilhaft können Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen armförmige Kanalzweige unterschiedlicher Kraftstoffkanäle fluidisch miteinander kommunizieren bzw. verbunden sind.Embodiments of the internal combustion engine may be advantageous in which arm-shaped channel branches of different fuel channels communicate or are connected fluidically to each other.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are discussed in connection with the subclaims.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sich jeder Kraftstoffkanal stromaufwärts und beabstandet zur brennraumseitigen Düsenöffnung in mindestens zwei armförmige Kanalzweige aufgabelt.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which each fuel channel upstream and spaced apart from the combustion chamber side nozzle opening aufgabelt in at least two arm-shaped channel branches.
Vorliegend ist jeder Kraftstoffkanal der zylinderzugehörigen Einspritzdüse in der erfindungsgemäßen Weise konzipiert, d.h. ausgestaltet, gemäß der zwei oder mehrere armförmige Kanalzweige, die aus dem Düseninneren unter Verwendung eines Kraftstoffversorgungssystems mit Kraftstoff gespeist werden, zu einem gemeinsamen, d.h. einzelnen Kraftstoffkanal zusammenführen.In the present case, each fuel channel of the cylinder-associated injection nozzle is designed in the manner according to the invention, i. according to the two or more arm-shaped duct branches, which are fed with fuel from the nozzle interior using a fuel supply system, to a common, i. merge individual fuel channel.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sich mindestens ein Kraftstoffkanal stromaufwärts und beabstandet zur brennraumseitigen Düsenöffnung in zwei armförmige Kanalzweige aufgabelt.Also advantageous are embodiments of the internal combustion engine in which at least one fuel channel upstream and spaced apart from the combustion chamber side nozzle opening aufgabelt in two arm-shaped channel branches.
Gemäß der vorstehenden Ausführungsform führen bei mindestens einem Kraftstoffkanal nur zwei armförmige Kanalzweige zu einem gemeinsamen, d.h. einzelnen Kraftstoffkanal zusammen.According to the above embodiment, in at least one fuel channel only two arm-shaped channel branches lead to a common, i. single fuel channel together.
Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sich jeder Kraftstoffkanal stromaufwärts und beabstandet zur brennraumseitigen Düsenöffnung in zwei armförmige Kanalzweige aufgabelt. Vorliegend führen bei jedem Kraftstoffkanal nur zwei armförmige Kanalzweige zusammen.Also advantageous are embodiments of the internal combustion engine in which each fuel channel upstream and spaced apart from the combustion chamber side nozzle opening aufgabelt in two arm-shaped channel branches. In the present case, only two arm-shaped duct branches lead together in each fuel channel.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sich mindestens ein armförmiger Kanalzweig in Strömungsrichtung verjüngt und damit einen in Strömungsrichtung kleiner werdenden Strömungsquerschnitt aufweist und dem Kraftstoff bereitstellt.Embodiments of the internal combustion engine in which at least one arm-shaped channel branch tapers in the flow direction and thus has a flow cross-section which becomes smaller in the flow direction and provides the fuel are advantageous.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sich mindestens ein armförmiger Kanalzweig in Strömungsrichtung zunächst verjüngt und anschließend wieder erweitert, so dass der bereitgestellte Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung variiert. Also advantageous in this context are embodiments of the internal combustion engine in which at least one arm-shaped channel branch first tapers in the flow direction and then widens again, so that the flow cross-section provided varies in the flow direction.
Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sich mindestens ein armförmiger Kanalzweig in Strömungsrichtung erweitert und damit einen in Strömungsrichtung größer werdenden Strömungsquerschnitt aufweist und dem Kraftstoff bereitstellt.Embodiments of the internal combustion engine in which at least one arm-shaped channel branch widens in the flow direction and thus has a flow cross-section which increases in the flow direction and provides the fuel are also advantageous.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sich mindestens ein armförmiger Kanalzweig in Strömungsrichtung zunächst erweitert und anschließend wieder verjüngt, so dass der bereitgestellte Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung variiert.Also advantageous in this context are embodiments of the internal combustion engine in which at least one arm-shaped channel branch initially widens in the flow direction and then tapers again, so that the flow cross-section provided varies in the flow direction.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein armförmiger Kanalzweig zumindest abschnittsweise eine korkenzieherförmige Gestalt aufweist, d.h. spiralförmig ausgebildet ist.Embodiments of the internal combustion engine in which at least one arm-shaped channel branch has a corkscrew shape at least in sections, are advantageous. is formed spirally.
Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, bei denen sich jeder Kraftstoffkanal stromaufwärts und beabstandet zur brennraumseitigen Düsenöffnung in mindestens zwei armförmige Kanalzweige aufgabelt, können Ausführungsformen vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die mindestens zwei armförmigen Kanalzweige unterschiedlich große verschlusskörperseitige Düsenöffnungen aufweisen.In direct-injection internal combustion engines, in which each fuel channel upstream and spaced apart from the combustion chamber side nozzle opening aufgabelt in at least two arm-shaped channel branches, embodiments may be advantageous, which are characterized in that the at least two arm-shaped channel branches have different sized closure body side nozzle openings.
Mit der vorstehenden Ausführungsform kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass jeder armförmige Kanalzweig an einer anderen Stelle - unter Ausbildung einer verschlusskörperseitigen Düsenöffnung - in das Düseninnere mündet; regelmäßig in ein an der Düsenspitze angeordnetes Sackloch. Dadurch bedingt liegen an den verschlusskörperseitigen Düsenöffnungen der armförmigen Kanalzweige in der Regel sehr unterschiedliche Zustandsgrößen des Kraftstoffes vor, insbesondere unterschiedliche Drücke. Durch Ausbildung unterschiedlich großer verschlusskörperseitiger Düsenöffnungen können die unterschiedlichen Zustandsgrößen am Eintritt in die armförmigen Kanalzweige zumindest vermindert, günstigstenfalls kompensiert werden. Dieselben Überlegungen bzw. Vorteile gelten für die nachstehende Ausführungsform.With the above embodiment, the circumstance can be taken into account that each arm-shaped channel branch opens into the nozzle interior at a different location, forming a closure body-side nozzle opening; regularly in a arranged on the nozzle tip blind hole. As a result, there are generally very different state variables of the fuel, in particular different pressures, at the closure body-side nozzle openings of the arm-shaped channel branches. By forming differently sized closure-body-side nozzle openings, the different state variables at the entrance into the arm-shaped channel branches can at least be reduced, if necessary compensated. The same considerations apply to the following embodiment.
Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, bei denen sich jeder Kraftstoffkanal stromaufwärts und beabstandet zur brennraumseitigen Düsenöffnung in mindestens zwei armförmige Kanalzweige aufgabelt, können Ausführungsformen vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die mindestens zwei armförmigen Kanalzweige eine unterschiedliche Gestalt aufweisen.In direct injection internal combustion engines, in which each fuel channel upstream and spaced apart from the combustion chamber side nozzle opening aufgabelt in at least two arm-shaped channel branches, embodiments may be advantageous, which are characterized in that the at least two arm-shaped channel branches have a different shape.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zwei armförmige Kanalzweige eines Kraftstoffkanals einen Winkel
Je größer der Winkel
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zwei armförmige Kanalzweige eines Kraftstoffkanals einen Winkel
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zwei armförmige Kanalzweige eines Kraftstoffkanals einen Winkel
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zwei armförmige Kanalzweige eines Kraftstoffkanals einen Winkel
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zwei armförmige Kanalzweige eines Kraftstoffkanals einen Winkel
Der Winkel
Vorteilhaft sind nämlich Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse über mindestens sieben bzw. acht brennraumseitige Düsenöffnungen verfügt.Namely advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which the injection nozzle has at least seven or eight combustion chamber-side nozzle openings.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die Einspritzdüse über mindestens sechs brennraumseitige Düsenöffnungen verfügt.Embodiments of the internal combustion engine in which the injection nozzle has at least six nozzle openings on the combustion chamber can also be advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse über mindestens vier bzw. fünf brennraumseitige Düsenöffnungen verfügt.Embodiments of the internal combustion engine in which the injection nozzle has at least four or five nozzle openings on the combustion chamber are advantageous.
Die drei vorstehenden Ausführungsformen tragen dem Umstand Rechnung, dass die Anzahl der Düsenöffnungen die Verteilung des eingebrachten Kraftstoffes im Brennraum des Zylinders mit beeinflusst. Je mehr Öffnungen vorgesehen werden desto weiträumiger lässt sich der Kraftstoff im Brennraum verteilen und desto effektiver lässt sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch homogenisieren. The three preceding embodiments take into account the fact that the number of nozzle openings affects the distribution of the introduced fuel in the combustion chamber of the cylinder. The more openings that are provided, the more space the fuel can distribute in the combustion chamber and the more effectively the fuel-air mixture can be homogenized.
Die Anzahl der Düsenöffnungen hängt auch von der Kraftstoffmenge ab, die in einen Zylinder einzubringen ist, insbesondere aber auch von der Einbaulage der Einspritzdüse im Zylinder und der Geometrie des Brennraums im Einzelfall.The number of nozzle openings also depends on the amount of fuel that is to be introduced into a cylinder, but in particular also on the installation position of the injection nozzle in the cylinder and the geometry of the combustion chamber in the individual case.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der bewegliche Verschlusskörper translatorisch verschiebbar ist.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which the movable closure body is translationally displaceable.
Bei einer nach innen öffnenden Einspritzdüse wird regelmäßig eine Düsennadel translatorisch verschoben, um einen am brennraumseitigen Ende der Düsenadel angeordneten Verschlusskörper aus der Ruheposition in eine Arbeitsposition zu überführen und umgekehrt. In der Arbeitsposition gibt der Verschlusskörper häufig ein Sackloch frei und verbindet damit die vom Sackloch ausgehenden Kanäle der Düsenöffnungen mit dem Kraftstoffversorgungssystem der Brennkraftmaschine.In the case of an injection nozzle which opens inward, a nozzle needle is regularly displaced translationally in order to transfer a closure body arranged at the combustion chamber end of the nozzle needle from the rest position into a working position and vice versa. In the working position, the closure body often releases a blind hole and thus connects the outgoing of the blind hole channels of the nozzle openings with the fuel supply system of the internal combustion engine.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse mit einer in Richtung einer Längsachse in einer Düsennadelführung verschiebbaren Düsennadel ausgestattet ist, wobei die Düsennadel an einem freien Ende mit dem beweglichen Verschlusskörper verbunden ist.Embodiments of the internal combustion engine in which the injection nozzle is equipped with a nozzle needle which can be displaced in the direction of a longitudinal axis in a nozzle needle guide are therefore also advantageous. The nozzle needle is connected to the movable closure body at a free end.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse über einen kugelförmigen Verschlusskörper verfügt.Embodiments of the internal combustion engine in which the injection nozzle has a spherical closure body are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse über einen balligen Verschlusskörper verfügt.Embodiments of the internal combustion engine in which the injection nozzle has a convex closure body are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der bewegliche Verschlusskörper symmetrisch ausgebildet ist. Bei der Symmetrie kann es sich um eine Symmetrie bezüglich des Verschiebeweges des Verschlusskörpers handeln oder aber der Verschlusskörper ist rotationssymmetrisch, beispielsweise eine Kugel bzw. kugelförmig.Embodiments of the internal combustion engine in which the movable closure body is symmetrical are advantageous. The symmetry may be a symmetry with respect to the displacement path of the closure body or else the closure body is rotationally symmetrical, for example a sphere or spherical.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen der bewegliche Verschlusskörper unsymmetrisch ausgebildet ist.Embodiments of the internal combustion engine in which the movable closure body is asymmetrical can also be advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Kraftstoffkanal geradlinig ausgebildet ist. Die geradlinige Ausbildung erleichtert die Fertigung eines Kraftstoffkanals, beispielsweise mittels Honen, einem zerspanenden Feinbearbeitungsverfahren, oder mittels Bohren, einem spanabhebenden Fertigungsverfahren.Embodiments of the internal combustion engine in which at least one fuel channel is rectilinear are advantageous. The straight-line design facilitates the manufacture of a fuel channel, for example by honing, a machining fine machining process, or by drilling, a machining production process.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen mindestens ein Kraftstoffkanal kein geradliniger Kraftstoffkanal ist, der einen konstant großen Strömungsquerschnitt aufweist.However, embodiments of the internal combustion engine may also be advantageous in which at least one fuel channel is not a straight-line fuel channel which has a constantly large flow cross-section.
Ein erfindungsgemäßer Kraftstoffkanal kann grundsätzlich beliebig ausgebildet bzw. gestaltet sein.A fuel channel according to the invention can in principle be designed or designed as desired.
Eine erfindungsgemäße Einspritzdüse bzw. die zugehörige Düsenspitze bzw. -platte kann beispielsweise mit einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden, bei dem die Einspritzdüse bzw. Düsenspitze schichtweise aufgebaut wird. Vorteilhaft sind dabei Varianten, bei denen die Einspritzdüse bzw. Düsenspitze zumindest auch mittels 3D-Drucken hergestellt wird.An injection nozzle according to the invention or the associated nozzle tip or plate can be produced, for example, with an additive manufacturing method in which the injection nozzle or nozzle tip is built up in layers. In this case, variants in which the injection nozzle or nozzle tip is produced at least also by means of 3D printing are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder mit einer Zündeinrichtung zur Einleitung einer Fremdzündung ausgestattet ist.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which each cylinder is equipped with an ignition device for initiating a spark ignition.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von sechs Ausführungsbeispielen und gemäß den
-
1 schematisch im Querschnitt das Fragment eines Gehäuses einer als Einspritzvorrichtung dienenden Einspritzdüse einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, -
2a schematisch im Querschnitt den Kraftstoffkanal einer zweiten Ausführungsform der Brennkraftmaschine zusammen mit seinen zwei armförmigen Kanalzweigen, -
2b schematisch im Querschnitt den Kraftstoffkanal einer dritten Ausführungsform der Brennkraftmaschine zusammen mit seinen zwei armförmigen Kanalzweigen, -
2c schematisch im Querschnitt den Kraftstoffkanal einer vierten Ausführungsform der Brennkraftmaschine zusammen mit seinen zwei armförmigen Kanalzweigen, -
2d schematisch im Querschnitt den Kraftstoffkanal einer fünften Ausführungsform der Brennkraftmaschine zusammen mit seinen zwei armförmigen Kanalzweigen, und -
2e schematisch im Querschnitt den Kraftstoffkanal einer sechsten Ausführungsform der Brennkraftmaschine zusammen mit seinen zwei armförmigen Kanalzweigen.
-
1 FIG. 2 shows schematically in cross-section the fragment of a housing of an injection nozzle serving as an injection device of a first embodiment of the internal combustion engine, FIG. -
2a 3 shows schematically in cross-section the fuel passage of a second embodiment of the internal combustion engine together with its two arm-shaped channel branches, -
2 B 3 shows schematically in cross-section the fuel passage of a third embodiment of the internal combustion engine together with its two arm-shaped channel branches, -
2c 2 shows schematically in cross section the fuel channel of a fourth embodiment of the internal combustion engine together with its two arm-shaped channel branches, -
2d schematically in cross section the fuel passage of a fifth embodiment of the internal combustion engine together with its two arm-shaped channel branches, and -
2e schematically in cross section the fuel passage of a sixth embodiment of the internal combustion engine together with its two arm-shaped channel branches.
Jeder Zylinder
Die Einspritzdüse
Die in
Durch translatorisches Verschieben der Düsennadel
An jede brennraumseitige Düsenöffnung
Die brennraumseitigen Düsenöffnungen
Die Gestalt jedes Kraftstoffkanals
Der Kraftstoffkanal
Die beiden armförmigen Kanalzweige
Die beiden armförmigen Kanalzweige
Die beiden armförmigen Kanalzweige
Die beiden armförmigen Kanalzweige
Die beiden armförmigen Kanalzweige
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- EinspritzvorrichtungInjector
- 22
- Einspritzdüseinjection
- 2a2a
- Einspritzdüsen-GehäuseInjector housing
- 2b2 B
- Düsenspitze, freies EndeNozzle tip, free end
- 2c2c
- Düseninneresnozzles Affairs
- 3a3a
- brennraumseitige Düsenöffnungcombustion chamber side nozzle opening
- 3b3b
- verschlusskörperseitige Düsenöffnungclosure body side nozzle opening
- 44
- KraftstoffkanalFuel channel
- 4a4a
- armförmiger Kanalzweigarm-shaped channel branch
- 4b4b
- armförmiger Kanalzweigarm-shaped channel branch
- 55
- Sacklochblind
- 66
- Zylindercylinder
- 6a6a
- Brennraumcombustion chamber
- 77
- Düsennadelnozzle needle
- 7a7a
- Verschlusskörper closure body
- αα
- Winkel zwischen zwei armförmigen KanalzweigenAngle between two arm-shaped channel branches
Claims (16)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017217551 | 2017-10-02 | ||
DE102017217551.6 | 2017-10-02 |
Publications (1)
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---|---|
DE102018214106A1 true DE102018214106A1 (en) | 2019-04-04 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018214106.1A Pending DE102018214106A1 (en) | 2017-10-02 | 2018-08-21 | Direct injection internal combustion engine with cylinder-associated injectors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018214106A1 (en) |
-
2018
- 2018-08-21 DE DE102018214106.1A patent/DE102018214106A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MARKOWITZ, MARKUS, DR.-ING., DE |